商品混凝土梁板早期裂缝成因及控制方法

1前言  

商品混凝土的应用，促进了现代混凝土的发展。目前国内可提供从C10至C80各等级强度的混凝土。由于商品混凝土是一种半成型的原材料，在使用过程中，施工单位习惯于传统的施工方法和养护经验，以及现行混凝土标准规范的滞后，混凝土早期开裂问题一直困扰着建设单位、施工单位和混凝土生产单位。  

混凝土产生裂缝必然引发混凝土的耐久性问题，近几年我国有些混凝土专家、学者提出“千年混凝土”这一新概念，这是高性能混凝土的具体指标之一，而解决的根本办法就是提高混凝土的耐久性。  

商品混凝土早期开裂的原因是多方面的。与普通现场搅拌混凝土相比，商品混凝土早期开裂较多且发展很快。这与现代商品混凝土的发展相左。为此，我们根据商品混凝土的特性，去探索商品混凝土早期开裂的成因，从而更好、有效地控制混凝土的早期开裂和提高混凝土的耐久性，减少钢筋混凝土结构维修，对国家基础建设的可持续发展有着重大影响。  

2商品混凝土产生早期裂缝的原因  

(1)商品混凝土从搅拌到工作基本分为四个阶段，我们从三个阶段去分析早期裂缝的原因(特殊混凝土如大体积混凝土、超长薄壁混凝土、高强混凝土由于其特殊性施工单位比较重视。而且文章论述较多，我们在此只浅谈梁板方面的早期裂缝)。混凝土强度发展如图1所示。  

Ⅰ为施工阶段即混凝土从流态到初凝时间。  

Ⅱ混凝土从初凝到终凝时间。  

Ⅲ混凝土从终凝到28天龄期。  

Ⅳ混凝土工作期或寿命期。  

在Ⅰ阶段，商品混凝土从搅拌到施工浇注、振捣、收光至初凝。根据施工的具体要求大约持续8～10小时左右，为了保证混凝土的可施工性，商品混凝土均掺有不同型号高效缓凝泵送剂，以方便现代混凝土的施工，而早期混凝土裂缝均在Ⅰ、Ⅱ阶段产生。第Ⅰ阶段产生的裂缝为塑性裂缝，包括自然沉降收缩和失水收缩，以及减水剂失效后水泥颗粒沉降产生的收缩，当这些收缩产生的变形(ε1+ε2+ε3)大于混凝土的塑性变形ε时，混凝土就会产生不规则的裂缝。  

自然沉降收缩和失水收缩在普通现场搅拌的混凝土中是比较普遍的，施工单位也比较重视。但商品混凝土从浇注至终凝时间均在6～8小时，对梁板而言，如不采取正确的施工方法和有效保湿措施，在此时间内每平方米失水可达3kg左右。高效缓凝泵送剂在现代商品混凝土中的作用是不可缺少的，减水剂对水泥具有强烈的分散作用，它借助极性的吸附作用，大大降低了水泥颗粒间的吸引力，在电性斥力的作用下，胶凝材料—水体系处于相对稳定的悬浮状态，从而达到减水，提高工作性的目的。随着时间的推移，吸附在水泥颗粒表面的减水剂电位减弱至消失，水泥浆体相对稳定的悬浮状态破坏，产生沉降和絮凝。在实际过程中表现为滞后泌水，即在浇注振捣后1～2小时产生混凝土泌水现象。如图所示。减水剂失效后水泥颗粒沉降产生的收缩往往被施工单位忽视，对此，我们必须加以重新认识并在生产和施工过程中加以重视。  

高效缓凝减水剂(泵送剂)这种特性，表现为混凝土浇注后坍落度损失，混凝土从施工时坍落度16～18cm减至5～7cm，由于水泥颗粒的再絮凝，水泥浆体局部浮力变小，使砂石骨料再次产生沉降收缩，我们可将这种收缩称为减水剂极性消失收缩。  

(2)混凝土Ⅱ阶段产生的收缩与普通现场搅拌基本相同，主要为失水收缩、混凝土的自收缩和化学收缩。失水收缩大小与现场气候条件及养护方法有关。自收缩是水泥水化过程中混凝土内部相对湿度降低产生的收缩。化学收缩是胶凝材料与水发生化学反应时，产生水化物的体积小于前二者之和。由于商品混凝土均掺加高效缓凝减水剂，在减水剂的分散作用下，水泥颗粒与水接触充分。参与水化的胶凝材料相对普通现场搅拌的混凝土要多的多，混凝土的自收缩和化学收缩发展快。所以商品混凝土早期收缩率比普通混凝土大。  

(3)混凝土Ⅲ、Ⅳ阶段产生的收缩主要有自收缩、碳化收缩、徐变收缩等在此不再阐述。  

3混凝土早期裂缝的控制  

根据混凝土发展的四个阶段的收缩特性，商品混凝土的有害裂缝绝大多数在混凝土的终凝阶段产生，初凝前后的裂缝主要有沉降收缩、失水收缩及减水剂失效后产生的收缩共同作用产生的裂缝，这种裂缝是可控的或者说是可避免和消除的。如果施工方法及养护不到位，这种裂缝在终凝后发展为有害裂缝，从而影响混凝土结构的使用功能及耐久性。  

减少混凝土早期开裂关键在于控制混凝土初凝前产生的裂缝或缺陷。混凝土早期开裂的主要原因为ε<ε<span="">1+ε2+ε3。随着时间的推移，混凝土的塑性变形减小，通过施加外力增大混凝土的塑性变形，使混凝土在初凝前维持变形平衡(ε=ε1+ε2+ε3)，通过许多工程试验，采用二次振捣、二次收光、覆膜养护等措施均可达到维持这种变形平衡的效果。但在推广这些方法的过程中，有些施工单位认为环节太多，往往不愿接受。  

为此，我们根据商品混凝土具有缓凝、滞后泌水、早期坍落度大的特点，提出滞后(延时)振捣施工方法，即在混凝土梁板施工时，梁结构部位随浇注随振捣，使梁部位混凝土密实即可。而板面部位的混凝土浇注时不急于振捣，人工找平即可。根据当时的天气状况，混凝土出现泌水，坍落度降至50～70mm左右，时间大约在2.5～3.5小时，开始用平板振动器振捣混凝土，然后进行抹压收光。混凝土达到终凝后开始洒水保湿养护。滞后振捣施工方法可有效减少泌水、沉降、塑性裂缝。同时滞后振捣也减少了大坍落度混凝土振捣后产生的浮浆，使混凝土均匀性得到保证，混凝土完美湿养护可减少失水收缩、混凝土自收缩和化学收缩，从而提高混凝土的抗裂性能及耐久性。滞后振捣施工方法在几个工程推广过程中，施工单位及混凝土施工班组易于接受，方便实用。采用滞后振捣及保湿养护施工方法，可以做到板面无裂缝或宏观无有害裂缝。目前已在我中心提供的商品混凝土施工单位推广。  

4结论  

混凝土裂缝问题是工程界关注的混凝土通病之一，也最难解决，通过有效的方法进行施工养护，不但可以控制混凝土裂缝，提高混凝土的耐久性，而且节省了大量的裂缝修补和防漏费用。  

(1)混凝土早期收缩是混凝土的固有特性，商品混凝土的收缩率达到6～10×10-4，较普通混凝土4～6×10-4大得多。  

(2)混凝土施工过程的控制是混凝土质量保证的关键。应根据商品混凝土的特点，建立规范化的施工工艺方法。商品混凝土生产单位应严格控制原材料质量，水泥入仓温度过高、沉放时间短应引起注意。  

(3)板面滞后振捣对减少混凝土早期收缩是一种有效的控制裂缝的施工方法。  

(4)混凝土的保湿养护必须提前进行，现行规范已不适应现代混凝土养护，有些裂缝的产生与养护方法不当有直接关系。  

(5)通过质监、施工、监理、搅拌站多方努力，采取科学方法，混凝土的早期裂缝是可以控制的，绝大多数裂缝是可以避免的。